可編程邏輯控制器在機(jī)頂盒中的應(yīng)用

機(jī)頂盒市場(chǎng)概覽

機(jī)頂盒市場(chǎng)正經(jīng)歷著前所未有的快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)在2002年以前每年的需求量都將以百萬(wàn)臺(tái)的數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)。

目前機(jī)頂盒市場(chǎng)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型來(lái)分有三大應(yīng)用市場(chǎng)：衛(wèi)星電視、有線電視和天線電視。除按電視信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)劃分外，機(jī)頂盒還可按功能不同分為低端、中端和高端。其中：低端機(jī)頂盒可將解碼后的音頻和視頻輸出到模擬電視或數(shù)字電視上；中端機(jī)頂盒加入了有限的交互性，可以實(shí)現(xiàn)交互式廣告和節(jié)目安排程序；高端機(jī)頂盒可實(shí)現(xiàn)高水平的交互功能，如網(wǎng)頁(yè)瀏覽和硬盤視頻存貯。

機(jī)頂盒市場(chǎng)是一個(gè)變化快，對(duì)成本異常敏感的市場(chǎng)。為了提供竟?fàn)帉?duì)手所沒(méi)有的特性，廣播公司必須不斷為自己的機(jī)頂盒加上新的特征并迅速推向市場(chǎng)。Xilinx的大容量FPGA和CPLD器件為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了性能價(jià)格比很高的解決方案，同時(shí)還保持了傳統(tǒng)PLD快速推向市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。雖然很多功能最終會(huì)被吸收用在特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品ASSP(Application Specific Standard Products)器件中. 但不斷提出的很多新功能或標(biāo)準(zhǔn)芯片組目前還不能提供，或者還不能完全利用ASSP完成，因此可編程邏輯的應(yīng)用非常重要。

機(jī)頂盒的基本結(jié)構(gòu)

構(gòu)成機(jī)頂盒系統(tǒng)的功能塊主要有：

連接衛(wèi)星接收器或線纜調(diào)制解調(diào)器的連接塊；
天線電視接收器或可并發(fā)解調(diào)數(shù)據(jù)流的xDSL調(diào)制解調(diào)器；
可作進(jìn)一步MPEG-2解碼的密碼操作系統(tǒng)；
中央處理器，如ARM，MIP或是嵌入其他功能的x86處理器；
帶音頻、視頻輸出的MPEG-2解碼器；
外部標(biāo)準(zhǔn)接口，如RS232，USB；
用于連接由廣播公司控制的撥號(hào)系統(tǒng)的低數(shù)據(jù)率的調(diào)制解調(diào)器。

在這些設(shè)計(jì)中，Xilinx器件主要用于完成各主要模塊間的接口功能。大多數(shù)接口都很類似，只是簡(jiǎn)單的邏輯改變。圖2和圖3給出了用到Xilinx器件的主要模塊示意。

為市面上所有不同類型的系統(tǒng)分別開發(fā)接收器代價(jià)很高，但機(jī)頂盒的主要處理部分是很通用的?？删幊踢壿嬈骷梢栽跀?shù)據(jù)通道上提供所需的接口邏輯。

利用可編程邏輯使機(jī)頂盒制造商不必依賴于某一個(gè)芯片組供應(yīng)商。另外，廣播公司對(duì)機(jī)頂盒功能的要求，很大程度上影響到機(jī)頂盒中不同模塊芯片的選用。所以，多數(shù)情況下使用單一廠商芯片組的機(jī)頂盒方案不能滿足所有需要。可編程邏輯器件是實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的理想選擇。

Xilinx芯片應(yīng)用的另一個(gè)重要方面是密碼操作（Conditional Access,CA）系統(tǒng)(見圖2)。

在系統(tǒng)的這一部分信號(hào)被解碼。為順利進(jìn)行解碼，信號(hào)發(fā)送時(shí)要使用適當(dāng)?shù)乃惴?。算法可用軟件或包含在智能卡上的硬件?shí)現(xiàn)。然而，多數(shù)廣播公司有自己獨(dú)特的算法，因此目前應(yīng)用的解碼方法種類很多。在密碼操作系統(tǒng)中采用可編程邏輯器件可以簡(jiǎn)化制造過(guò)程，機(jī)頂盒的制造過(guò)程完全統(tǒng)一，只是針對(duì)不同廣播公司的特殊加密要求對(duì)可編程器件進(jìn)行編程就行了。這樣機(jī)頂盒就成為可以批量制造的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，從而可以體現(xiàn)出大批量制造的優(yōu)勢(shì)。

在保證廣播公司可以使用自己喜歡的方法的同時(shí)，卻能夠得到單一解碼系統(tǒng)的好處，這就是設(shè)計(jì)通用接口（Common Interface）標(biāo)準(zhǔn)的目的?！巴ㄓ媒涌凇倍x了主處理模塊與解碼電路間的連接標(biāo)準(zhǔn)。它是在歐洲電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（CENELEC）的支持下標(biāo)準(zhǔn)化的，并被數(shù)字音頻及視頻委員會(huì)（DAVIC）采納，以CA0接口的名義出現(xiàn)在DAVIC規(guī)范中。同樣這一接口也構(gòu)成了美國(guó)國(guó)家可更新安全標(biāo)準(zhǔn)（NRSS）委員會(huì)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

預(yù)計(jì)新出現(xiàn)的機(jī)頂盒設(shè)計(jì)將會(huì)逐漸采用通用接口標(biāo)準(zhǔn)。這樣可使機(jī)頂盒以很好的性價(jià)比支持多種解碼標(biāo)準(zhǔn)。Xilinx Spartan和CPLD器件被廣泛地用在此類設(shè)計(jì)中，以實(shí)現(xiàn)機(jī)頂盒與加密智能卡間的橋接。

硬盤存儲(chǔ)技術(shù)

Xilinx器件在標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)頂盒系統(tǒng)中有用武之地，特別是前面介紹過(guò)的方面。但其主要應(yīng)用還是在那些具有先進(jìn)特性的新機(jī)頂盒設(shè)計(jì)中。其中最有意思的發(fā)展之一可能是硬盤存儲(chǔ)技術(shù)在機(jī)頂盒中的應(yīng)用。ReplayTV、NDS和Pace Technologies公司都開發(fā)了此類產(chǎn)品。

Xilinx同計(jì)劃在機(jī)頂盒中采用硬盤存儲(chǔ)技術(shù)的一些制造商進(jìn)行了合作。由于硬盤每10GB存儲(chǔ)的價(jià)格已降低到100美元以下，所以此類合作使雙方都受益非淺。利用硬盤存儲(chǔ)電影比視頻錄像機(jī)存儲(chǔ)有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，可以同時(shí)進(jìn)行讀寫。消費(fèi)者可以將節(jié)目錄下來(lái)稍后再看。

對(duì)于錄像機(jī)來(lái)說(shuō)，一邊錄制節(jié)目，一邊播放15分鐘前該節(jié)目播放的內(nèi)容是不可能的。采用硬盤技術(shù)則可以讓觀看者在接電話或?yàn)槿碎_門后回來(lái)再觀看原來(lái)正在看的節(jié)目，就象什么也沒(méi)做一樣，只是實(shí)際上，他們看到的節(jié)目比實(shí)際傳輸?shù)臅r(shí)間向后推遲了。同樣，觀眾可以擁有即時(shí)回放和慢動(dòng)作播放能力。這對(duì)廣告業(yè)的影響也是深遠(yuǎn)的。有10-15分鐘的靈活時(shí)間，觀眾可能會(huì)快速跳過(guò)播放的廣告。電視公司非常關(guān)注這一點(diǎn)。這就是為什么大多數(shù)機(jī)頂盒都有一個(gè)回送通道的原因之一。該通道一般利用相對(duì)較低速率的調(diào)制解調(diào)器。晚上，特定客戶的觀看習(xí)慣被送回廣播公司。廣播公司可以建立該客戶的檔案，將來(lái)技術(shù)的發(fā)展可能允許只發(fā)送針對(duì)該客戶需求的廣告。

硬盤技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展很快。毫無(wú)疑問(wèn)，將來(lái)會(huì)有很多專門為此開發(fā)的硬盤控制專用芯片組，但目前Xilinx的Spartan器件提供了實(shí)現(xiàn)這一功能的有效且低價(jià)的方法。帶有片上RAM的Spartan器件可以相對(duì)方便地構(gòu)成控制電路以及數(shù)據(jù)傳輸所需的先進(jìn)先出（FIFO）緩沖?？删幊坦δ茉试S機(jī)頂盒制造商針對(duì)不同的廠家的硬盤進(jìn)行優(yōu)化。這樣，機(jī)頂盒制造商可以支持不同廠家采用最新技術(shù)的硬盤，其好處是顯然的。

硬盤制造商Western Digital最近推出了一系列針對(duì)機(jī)頂盒市場(chǎng)的硬盤產(chǎn)品。其它硬盤制造商也發(fā)布了類似的產(chǎn)品。與PC不同，機(jī)頂盒要求極高的可靠性和較小的運(yùn)行噪聲。視頻流對(duì)硬盤的要求也與PC不同。Western Digital發(fā)展了稱為StreamWeaver的指令集，專門為音頻/視頻性能進(jìn)行了優(yōu)化。它允許數(shù)據(jù)流可以同時(shí)寫入和讀出，滿足了機(jī)頂盒制造商的要求。

Internet和電子商務(wù)

根據(jù)預(yù)測(cè)，機(jī)頂盒可能會(huì)成為消費(fèi)者在Internet上利用電子商務(wù)購(gòu)買商品和服務(wù)的主要方式。一些廠商正尋求在機(jī)頂盒上實(shí)現(xiàn)可附加的智能卡讀取器，利用智能信用付費(fèi)卡可以保證網(wǎng)上消費(fèi)時(shí)的安全。

值得注意的是PC業(yè)的很多廠商都在迅速地轉(zhuǎn)向機(jī)頂盒市場(chǎng)，希望能占領(lǐng)一席之地。

目前，機(jī)頂盒的Web功能還很有限。諸如MP3播放器和文件閱讀器之類的功能，目前的機(jī)頂盒也還不支持。這種情況將來(lái)會(huì)有改變。微處理器廠商在機(jī)頂盒市場(chǎng)的竟?fàn)幏浅＜ち??？删幊踢壿嬍箼C(jī)頂盒廠商可以很容易地將微處理器應(yīng)用到機(jī)頂盒系統(tǒng)中。在基本的機(jī)頂盒中合并更多的功能是一個(gè)趨勢(shì)，然而靈活性可能是一個(gè)更關(guān)鍵的要求，至少在開發(fā)階段是如此。Xilinx XC9500系列和CoolRunner器件非常廣泛地應(yīng)用于微處理器和系統(tǒng)芯片的接口。兩個(gè)系列的芯片都是可在系統(tǒng)編程的（ISP），可以在開發(fā)周期的各個(gè)階段進(jìn)行修改，甚至已經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的情況下也可以。這為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)很大的靈活性，可以滿足由于微處理器、外圍芯片協(xié)議的迅速變化對(duì)系統(tǒng)的要求。

視頻游戲

機(jī)頂盒和視頻游戲機(jī)間的很多電路是共同的。最新的視頻游戲機(jī)也整合了Web能力。主要的區(qū)別在于3D圖像處理能力?？梢韵胂筮@一功能將來(lái)也會(huì)集成到機(jī)頂盒芯片組中。ST MicroElectronics公司計(jì)劃集成Nvidiar RIVA-128核心以增強(qiáng)其3D性能。這樣強(qiáng)大的3D圖像處理能力是提供大眾游戲所需要的。

高分辨率電視（HDTV）

現(xiàn)在幾乎所有的機(jī)頂盒設(shè)計(jì)都是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)分辨率電視的，如PAL、SECAM和NTSC?？梢灶A(yù)見，特別是在美國(guó)，將來(lái)對(duì)高分辨率（HDTV）電視服務(wù)的要求會(huì)不斷增強(qiáng)。消費(fèi)者對(duì)高質(zhì)量電影和體育節(jié)目的要求會(huì)推動(dòng)HDTV的發(fā)展。

但在可預(yù)期的將來(lái)，對(duì)HDTV的需求還比不上標(biāo)準(zhǔn)分辨率電視。由于HDTV額外的處理要求，有限的市場(chǎng)需求以及不明確的目標(biāo)市場(chǎng)，只有利用可編程邏輯才可以為產(chǎn)品開發(fā)提供最大的靈活性。

未來(lái)的機(jī)頂盒中可編程邏輯技術(shù)將會(huì)扮演更重要的角色。原因之一就是可以提供先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)集中管理功能，如Xilinx Internet重配置邏輯（IRL）。利用IRL，機(jī)頂盒制造商甚至可以在產(chǎn)品售出后進(jìn)行升級(jí)以增加新特性。關(guān)鍵的是，這些操作并不需要服務(wù)人員到現(xiàn)場(chǎng)，而是通過(guò)機(jī)頂盒接收數(shù)據(jù)信號(hào)的同一個(gè)信道進(jìn)行的。